دانشمندان موفق به شناسایی بزرگ‌ترین ادغام سیاه‌چاله‌ها در تاریخ رصدهای اخترفیزیکی شده‌اند؛ رویدادی سهمگین که از برخورد دو شکاف عظیم در تار و پود فضا-زمان پدید آمده است. این ادغام که در حاشیه کهکشان راه‌شیری رخ داده، سیاه‌چاله‌ای با جرمی حدود ۲۲۵ برابر خورشید ایجاد کرده است.

این رقم تقریباً دو برابر رکورد قبلی است که سیاه‌چاله‌ای با جرمی نزدیک به ۱۴۲ برابر خورشید به‌وجود آورده بود. کشف جدید توسط همکاری بین‌المللی LIGO-Virgo-KAGRA (معروف به LVK) به ثبت رسیده است؛ شبکه‌ای متشکل از چهار آشکارساز که با ره‌گیری امواج گرانشی ناشی از رویدادهای کیهانی عظیم، این پدیده‌ها را شناسایی می‌کنند. امواج گرانشی همان چین‌خوردگی‌های فضا-زمان هستند که نخستین‌بار اینشتین پیش‌بینی کرد و در ۲۰۱۵ توسط رصدخانه LIGO به‌طور تجربی اثبات شد؛ دستاوردی که در ۲۰۱۷ برای دانشمندان این پروژه جایزه نوبل فیزیک را به همراه داشت.

آنچه در این کشف تازگی دارد، جرم دو سیاه‌چاله‌ای است که با یکدیگر ادغام شده‌اند: یکی حدود ۱۰۰ و دیگری نزدیک به ۱۴۰ برابر جرم خورشید. این مقادیر در بازه‌ای موسوم به «شکاف جرمی» قرار دارند؛ منطقه‌ای از نمودار جرم که طبق نظریه‌های موجود، سیاه‌چاله‌ها نباید در آن شکل بگیرند. این مسئله بار دیگر دیدگاه‌های سنتی درباره نحوه پیدایش سیاه‌چاله‌ها را به چالش کشیده است. یافته‌های این مطالعه قرار است بین ۱۴ تا ۱۸ ژوئیه در بیست‌وچهارمین کنفرانس بین‌المللی نسبیت عام و گرانش و شانزدهمین کنفرانس ادواردو آمالدی درباره امواج گرانشی در گلاسگو ارائه شود.

مارک هنم، استاد فیزیک دانشگاه کاردیف و از اعضای گروه LVK در گفت‌وگو با لایو ساینس می‌گوید: «انتظار داریم بیشتر سیاه‌چاله‌ها از فروریزش ستارگان پرجرم پس از مرگشان به‌وجود آیند. اما وقتی ستاره‌ای بسیار بزرگ باشد، نظریه‌ها می‌گویند این فروریزش ناپایدار خواهد بود و بیشتر جرم ستاره در انفجار ابرنواختری به بیرون پرتاب می‌شود، بنابراین سیاه‌چاله‌ای نمی‌تواند شکل بگیرد.»

او ادامه می‌دهد: «در واقع انتظار نداریم سیاه‌چاله‌هایی با جرم بین حدود ۶۰ تا ۱۳۰ برابر خورشید ایجاد شوند، اما در این رصد جدید، هر دو سیاه‌چاله دقیقاً در همین بازه جرمی قرار دارند.»

سیاه‌چاله‌ها در اثر فروپاشی ستارگان عظیم‌الجثه متولد می‌شوند و در ادامه با بلعیدن گاز، غبار، ستاره‌ها و حتی سیاه‌چاله‌های دیگر رشد می‌کنند. تاکنون، دانشمندان دو دسته اصلی از سیاه‌چاله‌ها را شناسایی کرده‌اند؛ سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای با جرم چند برابر خورشید و سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم که جرم‌شان ممکن است از صد هزار تا ده‌ها میلیارد برابر خورشید باشد، اما سیاه‌چاله‌هایی که در این میان قرار دارند؛ موسوم به سیاه‌چاله‌های میان‌جرم به دلیل آنکه از طریق فروپاشی مستقیم ستاره‌ای قابل شکل‌گیری نیستند، بسیار نادر و ناشناخته‌اند.

با این حال، شواهدی از وجود آن‌ها پیدا شده و بسیاری از اخترشناسان معتقدند که این نوع از سیاه‌چاله‌ها در نتیجه ادغام چند سیاه‌چاله هم‌جرم و نه از فروپاشی مستقیم ستارگان ایجاد می‌شوند.

به گزارش ایسنا و به نقل از لایوساینس، نشانه‌های این ادغام خاص در ۲۳ نوامبر ۲۰۲۳ ثبت شد؛ زمانی که دو اعوجاج بسیار کوچک در بافت فضا-زمان از آشکارسازهای LIGO در لوئیزیانا و واشنگتن عبور کردند. هر یک از این آشکارسازها دارای دو بازوی L شکل به طول چهار کیلومتر هستند که در آن‌ها نور لیزر به طور هم‌زمان حرکت می‌کند. در صورت عبور موج گرانشی از زمین، طول مسیر یکی از بازوها کمی تغییر می‌کند و اختلاف کوچکی در زمان رسیدن پرتوها ایجاد می‌شود که نشانگر وقوع یک رویداد کیهانی است.

سیگنال دریافتی بسیار پیچیده بود و از ادغام دو سیاه‌چاله عظیم با چرخش سریع حکایت داشت. اخترشناسان برای تحلیل چنین سیگنال‌هایی از مدل‌های عددی پیش‌بینی‌شده استفاده می‌کنند و آن‌ها را با داده‌های جدید تطبیق می‌دهند، اما این روش زمانی دقت کافی دارد که چرخش سیاه‌چاله‌ها آهسته باشد؛ زیرا معادلات نسبیت عام در شرایط چرخش سریع به‌شدت دشوارتر و از نظر عددی ناپایدار می‌شوند.

هنم می‌گوید: «سیاه‌چاله‌های موجود در ادغام موسوم به GW231123 به‌شدت در حال چرخش بودند و مدل‌های ما نتایج متفاوتی برای جرم آن‌ها به دست دادند، بنابراین با وجود اطمینان از پرجرم بودن آن‌ها، اندازه‌گیری دقیق جرم هنوز ممکن نیست؛ به‌ویژه برای سیاه‌چاله کوچک‌تر که کل بازه‌ی شکاف جرمی را دربر می‌گیرد.»

برای به‌دست آوردن تخمین دقیق‌تر از جرم چنین اجرامی، باید مدل‌های عددی موجود ارتقا یابند و مشاهدات بیشتری از ادغام‌های مشابه انجام شود.

با توجه به روند کنونی، احتمال چنین رصدهایی زیاد است؛ از ۲۰۱۵ تاکنون، شبکه LIGO، Virgo و KAGRA نزدیک به ۳۰۰ ادغام کیهانی را ثبت کرده‌اند که بیش از ۲۰۰ مورد آن تنها در دوره چهارم رصد صورت گرفته است. با این حال، رصدخانه LIGO که بودجه آن از سوی بنیاد ملی علوم آمریکا تأمین می‌شود، اکنون با خطر کاهش بودجه مواجه است. به گفته مدیر این مرکز، دیوید ریتسه، این وضعیت می‌تواند منجر به تعطیلی یکی از آشکارسازها شود و توانایی آن‌ها در کشف چنین رویدادهایی را «تقریباً غیرممکن» کند.

انتهای پیام